无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法

摘要

本发明一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，根据网络中节点所处环境的信号干扰噪声比SINR和节点移动方向，预测得出该节点与一跳邻居节点间的链路持续时间LD，是对OLSR协议中中继节点MPR的选择策略进行了改进和优化；很好地维护了网络拓扑的稳定，有效地降低了网络负荷和开销，降低了数据丢失率，改善了网络的服务质量，该方法同样适用于无线传感器网络中节点间的消息交付。

权利要求

1.一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，其特征在于：采用父节点－子节点的层次结构，包括如下步骤：步骤1、计算网络中任意两个节点i,j间的信号干扰噪声比SINRi：

式中的RSSi为节点i发出的信号到达节点j处的信号强度、PTi为节点i的发射功率、Gi、Gj分别表示节点i和节点j的天线增益、λ为电磁波的波长、di,j为节点i和j间距离、L为系统损耗；

步骤2、计算网络中任意两个节点i、j之间的链路持续时间LDi,j：

式中，r为节点信号的有效传输距离，a＝vicosθi-vjcosθj，b＝xi-xj，c＝visinθi-vjsinθj，d＝yi-yj，vi和vj分别为节点i和节点j的移动速率，θi和θj为节点i和节点j的移动方向，其中0≤θi，θj＜2π；

步骤3、网络中任一节点和其一跳范围内的其他节点通过相互交换修改过的HELLO消息，交换相互的位置信息、所处环境的信号干扰噪声比SINR和该节点达到其一跳范围内其他节点间的链路持续时间LD；

步骤4、根据交换得到的信息，将信号干扰噪声比SINR大于预先设定的系统要求门限值的节点视为候选的父节点；

步骤5、在所有候选的父节点中，选择LD值最大的作为胜出的父节点，其余节点为子节点；

步骤6、父节点和子节点确定后，子节点将向父节点发出Parent_Update的消息，使得每个父节点可以收集其所有子节点的信息；

步骤7、父节点将每个子节点的IP地址和其对应的信号干扰噪声比SINR、链路持续时间LD置入修改过的拓扑控制TC消息中，每个父节点通过修改过的拓扑控制TC消息，在网络中周期性地广播其子节点信息，用来建立和维护网络中的路由。

2.根据权利要求1所述的一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，其特征在于：所述的Parent_Update消息中的Parent_Election_Timer的时间设置为连续两个HELLO消息间隔Htime的2/3。

说明书

无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法。

背景技术

[0002] OLSR协议(Optimized Link State Routing Protocol)主要用于MANET网络(Mobile Ad hoc network)，根据MANET的要求，在传统的LS(Link state)协议的基础上优化的。

[0003] OLSR协议中的关键概念是多点转播(MPRs)，MPRs是为了避免过多消息在网络中广播而挑选出来转发消息的节点。传统的链路状态协议中，每个节点都转发它收到的第一个消息。相比之下，OLSR很大程度上减少了转发的消息数量。OLSR是基于跳数选择中继节点MPR的，控制消息只能由中继节点转发，从而达到减少网络中广播消息数量，降低网络节点负荷的目的。但是在无线通信环境下，一个信号从发射端到达接收端能够被正确解码的关键既不是距离，也不是跳数，而是该信号所处环境的信号干扰噪声比SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)。同时，由于无线多跳网络中节点的随机移动，两个节点间已经建立的链路容易因为节点所处环境的信号干扰噪声比SINR达不到系统要求的门限值SINRthr而中断，使得网络拓扑频繁改变，重新建立链路的情况时有发生，从而增加网络的开销和造成数据的丢失，影响网络的服务质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，可以根据网络中节点所处环境的信号干扰噪声比SINR和节点移动方向，预测得出该节点与一跳邻居节点间的链路持续时间LD(Link Duration)，是对OLSR协议中中继节点MPR的选择策略进行了改进和优化。

[0005] 本发明一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，采用父节点－子节点的层次结构，包括如下步骤：

[0006] 步骤1、计算网络中任意两个节点i,j间的信号干扰噪声比SINRi：

[0007]

[0008]

[0009]

[0010] 式中的RSSi为节点i发出的信号到达节点j处的信号强度、PTi为节点i的发射功率、Gi、Gj分别表示节点i和节点j的天线增益、λ为电磁波的波长、di,j为节点i和j间距离、L为系统损耗；

[0011] 步骤2、计算网络中任意两个节点i、j之间的链路持续时间LDi,j：

[0012]

[0013] 式中，r为节点信号的有效传输距离，a＝vicosθi-vjcosθj，b＝xi-xj，c＝visinθi-vjsinθj，d＝yi-yj，vi和vj分别为节点i和节点j的移动速率，θi和θj为节点i和节点j的移动方向，其中0≤θi，θj＜2π；

[0014] 步骤3、网络中任一节点和其一跳范围内的其他节点通过相互交换修改过的HELLO消息，交换相互的位置信息、所处环境的信号干扰噪声比SINR和该节点达到其一跳范围内其他节点间的链路持续时间LD；

[0015] 步骤4、根据交换得到的信息，将信号干扰噪声比SINR大于预先设定的系统要求门限值的节点视为候选的父节点；

[0016] 步骤5、在所有候选的父节点中，选择LD值最大的作为胜出的父节点，其余节点为子节点；

[0017] 步骤6、父节点和子节点确定后，子节点将向父节点发出Parent_Update的消息，使得每个父节点可以收集其所有子节点的信息；

[0018] 步骤7、父节点将每个子节点的IP地址和其对应的信号干扰噪声比SINR、链路持续时间LD置入修改过的拓扑控制TC消息中，每个父节点通过修改过的拓扑控制TC消息，在网络中周期性地广播其子节点信息，用来建立和维护网络中的路由。

[0019] 所述的Parent_Update消息中的Parent_Election_Timer的时间设置为连续两个HELLO消息间隔Htime的2/3。

[0020] 本发明通过对信号干扰噪声比SINR和两个中继节点间链路持续时间LD的预测所提出的层次路由的方法，很好地维护了网络拓扑的稳定，有效地降低了网络负荷和开销，降低了数据丢失率，改善了网络的服务质量，尤其适用于节点移动频繁的无线自组网络。

附图说明

[0021] 图1为本发明中网络拓扑图；

[0022] 图2为图1中节点i向其一跳范围内其他节点发送的修改过的HELLO消息格式；

[0023] 图3为图1中节点e向其一跳范围内其他节点发送的修改过HELLO消息格式；

[0024] 图4为本发明中Parent_Update的消息格式；

[0025] 图5为本发明中修改过的拓扑控制TC的消息格式。

[0026] 以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详述。

具体实施方式

[0027] 如图1所示的网络拓扑图中，本发明一种无线多跳网络中基于服务质量的层次路由的方法，摒弃了OLSR中以跳数确定中继节点MPR的缺陷，采用了父节点－子节点的层次结构，包括如下步骤：

[0028] 步骤1、计算网络中任意两个节点i,j间的信号干扰噪声比SINRi：

[0029]

[0030]

[0031]

[0032] 式中的RSSi为节点i发出的信号到达节点j处的信号强度、PTi为节点i的发射功率、Gi、Gj分别表示节点i和节点j的天线增益、λ为电磁波的波长、di,j为节点i和j间距离、L为系统损耗；

[0033] 步骤2、计算网络中任意两个节点i、j之间的链路持续时间LDij：

[0034]

[0035] 式中，r为节点信号的有效传输距离，a＝vicosθi-vjcosθj，b＝xi-xj，c＝visinθi-vjsinθj，d＝yi-yj，vi和vj分别为节点i和节点j的移动速率，θi和θj为节点i和节点j的移动方向，其中0≤θi，θj＜2π；

[0036] 步骤3、如图2、3所示，网络中任一节点和其一跳范围内的其他节点通过相互交换修改过的HELLO消息，交换相互的位置信息、所处环境的信号干扰噪声比SINR和该节点达到其一跳范围内其他节点间的链路持续时间LD；

[0037] 步骤4、根据交换得到的信息，将信号干扰噪声比SINR大于预先设定的系统要求门限值的节点视为候选的父节点；

[0038] 步骤5、在所有候选的父节点中，选择LD值最大的作为胜出的父节点，其余节点为子节点；

[0039] 步骤6、父节点和子节点确定后，子节点将向父节点发出Parent_Update的消息，使得每个父节点可以收集其所有子节点的信息；

[0040] 如图4所示，Parent_Update消息中的Parent_Election_Timer的时间设置为连续两个HELLO消息间隔Htime的2/3，以保证父节点的再次选举能够在新的HELLO消息达到前完成；

[0041] 步骤7、父节点将每个子节点的IP地址和其对应的信号干扰噪声比SINR、链路持续时间LD置入修改过的拓扑控制TC消息(见图5)中，每个父节点通过修改过的拓扑控制TC消息，在网络中周期性地广播其子节点信息，用来建立和维护网络中的路由。

[0042] 以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。